3.2.1 合金 课件(共38张PPT) 2022-2023学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册
文档属性
| 名称 | 3.2.1 合金 课件(共38张PPT) 2022-2023学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 5.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-05-09 08:02:33 | ||
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文档简介
(共38张PPT)
第三章 铁 金属材料
第二节 金属材料
第1课时 合金
问题2：
为什么我们日常使用的大部分金属材料都是合金？
合金是由两种或两种以上的______________________熔合而成的具有_______特性的物质。
问题1：
金属材料包括纯金属和它们的合金，什么是合金？
金属(或金属和非金属)
金属
合金具有许多优良的物理、化学或机械性能。合金的硬度、熔点不同于其各成分金属。合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来调节，可满足不同的需要，因此合金在工业上具有比纯金属更广泛的用途。
合金的定义
(1)合金的硬度比其成分金属 ，机械性能一般____各成分金属。
(2)合金的熔点一般______它的各成分金属。
合金与纯金属的性能差异
优于
低于
(3)合金的导电性和导热性低于任一组分金属。利用合金的这一特性，可制造高电阻和高热阻材料，制造有特殊性能的材料。
(4)有的抗腐蚀能力强(如不锈钢)，在铁中掺入15%铬和9%镍得到一种耐腐蚀的不锈钢，适用于化学工业。
大
问题3：
为什么合金的硬度比成分金属大？
1、下列关于合金的叙述正确的是( )
①具有金属的特性 ②通过熔合而成
③含有两种或两种以上金属或金属与非金属
④一般来说，合金的熔点比各成分的熔点低
A．①② B．③④ C．②③④ D．全部
【解析】合金一般是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，其熔点一般低于成分金属，硬度高于成分金属。
【练习】
D
1．铁合金的分类
一、铁合金
铁合金 分类 含碳量 性能 用途
生铁 2%～4.3% _____大、抗压，性脆、可铸造成型 制造______
和管道等
钢 0.03%～2% 良好的______性，机械性能好，可锻轧和铸造 制造机械和
交通工具
硬度
机座
延展
下水井盖（生铁制造）
2．钢的分类
(1)钢是用量_____、用途最广的合金，分为：_____和______。(2)碳素钢。
最大
碳素钢
合金钢
韧性
0.3%～0.6%
钢板
弹性
钢轨
硬而脆
弹簧
0.6%～2%
0.03%～0.3%
(3)合金钢。
①又叫特种钢，特殊性能：强度、_____大，可塑性、____好，耐磨，________等。
②不锈钢
合金元素 性能 用途
Cr、Ni 在大气中稳定，不容易生锈，具有很强的_________能力 制造______器材、厨房用具和餐具；地铁列车的车体等
硬度
韧性
耐腐蚀
抗腐蚀
医疗
含铬17%~19%
含镍8%~13%
思考：阅读书本P74资料卡片
2、在碳素钢中，由于含碳量不同，高碳钢、中碳钢和低碳钢的性能有很大差异；向碳素钢中加入不同的合金元素，可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示？
1、合金元素不同，其性能不同
2、结构决定性能，性能决定其用途
3、改变合金元素来开发新功能的金属材料
启示：
【思考与讨论】
1、碳素钢的含碳量的高低与其硬度、韧性有何关系？
【答】碳素钢的含碳量越高，硬度越大；
含碳量越低，韧性越好。
2018年，王国栋所在的东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，在国际上率先研发出2000MPa级汽车用热冲压用高强钢；在液化天然气低温容器用钢上，世界上普遍采用的材料是9Ni（镍）钢，在保证钢材性能的前提下，实验室与企业合作，用5Ni钢做出了9Ni钢的性能，大幅节约了成本。在生产工艺上，研发出薄带连铸、无头轧制等新流程、新工艺，正在向企业转化，可应用于多个重要钢种的生产。
二、铝和铝合金
银白色金属、密度小、质软,熔点低、良好的导电导热性和延展性。
1、铝的物理性质
2、铝的原子结构与化学性质
画出铝的原子结构示意图为:
K Ca Na Mg Zn Fe Sn Pb H Cu Hg …
Al的化学性质活泼,具有较强的还原性。
Al
+13
2
8
3
问题3：Al的化学性质活泼，为什么不易被氧化呢？
阅读课本P76第一段
加热铝箔
实验现象：
实验结论：
铝箔熔化，表面失去光泽，熔化的铝并不滴落，好象有一层膜兜着
因为铝表面有一层氧化膜保护了铝。构成膜的氧化铝(Al2O3)的熔点很高，没有熔化，包在外面使熔化的液态铝不会滴落下来。
活泼的金属在空气中易与氧气反应，生有一层氧化物。有的氧化膜疏松，不能保护内层金属，如铁和钠等。有的氧化物致密，可以保护内层金属不被继续氧化，如镁和铝等。
[实验3-4]
在一支试管，加入5mL盐酸，再向试管中放入一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到什么现象？
实验表明，铝表面的保护膜和铝均能与盐酸发生反应。
Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑
写出以上实验发生的化学反应方程式
取两支试管，分别加固5mLNaOH溶液，再向试管中分别放入铝片和打磨过的铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到什么现象
问题4：为什么铝锅是不能存放碱性溶液的？
[实验3-5]
放入打磨过的铝片的试管中立即产生气泡;而放入未打磨过的铝片的试管中开始没有气泡，一段时间后才产生气泡。两只试管中均放出一种可燃性的气体。
写出以上实验发生的化学反应方程式
实验表明，铝表面的保护膜和铝均能与NaOH发生反应
Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O
2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2 ↑
（偏铝酸钠）
写出氧化铝与盐酸，氧化铝与氢氧化钠溶液反应的
离子方程式。
【练习】
Al2O3 + 2OH- = 2AlO2- + H2O
Al2O3 + 6H+ = 2Al3+ + 3H2O
像氧化铝这样既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，叫做两性氧化物 。
由于铝和氧化铝均能与酸、碱反应，因此铝制餐具
不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物。
3．铝合金
(1)铝合金中的合金元素有：___、____、Si、Mn、Zn及________等。
Cu
Mg
稀土元素
(2)硬铝。
合金元素 性能 用途
Cu、Mg、Mn、Si _____小、强度高、抗腐蚀能力较强 制造______、
宇宙飞船
密度
飞机
(3)稀土元素。
包含元素：镧系元素(从镧到镥，原子序数从57～71的15种元素)及_____、____共17种元素。
钪
钇
【解析】车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金具有质地轻、强度大、抗腐蚀能力比较强的优点，A正确；铝合金的化学性质的确比较活泼，但与被用于制造高铁车厢没有必然联系，B错误；
2．哈大齐高铁的通车，标志我国高寒地区高铁技术领先世界，车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金( )
A．质地轻，强度大，抗腐蚀能力比较强
B．具有比较活泼的化学性质
C．各种成分在自然界中含量丰富，容易获取
D．比纯铝熔点高，耐高温
【练习】
铝元素在地壳中含量居第三位，含量比较丰富，但因铝性质活泼，只能采用电解法制取，成本较高，并不容易获得，C错误；铝合金的熔点比纯铝的低，D错误。
A
3、Al(OH)3既能与酸反应，生成铝盐( Al3＋ )，又能与碱反应生成偏铝酸盐( AlO2－ )，属于两性氢氧化物，试写出Al(OH)3与盐酸、氢氧化钠溶液反应的离子方程式。
【练习】
Al(OH)3 ＋3H＋ = Al3＋＋3H2O
Al(OH)3 ＋ OH－ = AlO2－ ＋ 2H2O
4、储氢合金是一类新型合金，如铁系储氢合金、钛系储氢合金。储氢合金既能在一定条件下吸收H2，又能在一定条件下放出H2，该循环中发生变化：H2 2H。下列说法错误的是( )
A．储氢合金的吸氢和放氢都是物理变化
B．温度和压强都会影响储氢合金的吸氢和放氢
C．铁系储氢合金可以做成纳米合金
D．铁系储氢合金和钛系储氢合金可以用磁铁进行鉴别
A
【解析】由H2 2H可知，储氢合金的吸氢和放氢都是化学变化。
【练习】
第三章 铁 金属材料
第二节 金属材料
第2课时 物质的量在化学方程式计算中的应用
三、新型合金
1、储氢材料
一种新型合金，
一定条件下能吸收氢气，一定条件下能放出氢气，循环寿命性能优异，并可被用于大型电池，尤其是电动车辆、混合动力电动车辆、高功率应用等等。
Ti-Fe合金和La-Ni合金等
2、钛合金
钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高。
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。
中国巡航导弹射
3、耐热合金
合金在高温下还具有高强度和良好的抗氧化性，因而还可用于热处理工业，制造各种结构件
4、形状记忆合金
人造卫星的天线
发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有"记忆"功能而自然展开，恢复抛物面形状。
小结：
练习1：下列说法不正确的是( )
A．钠和钾的合金可用于快中子反应堆作热交换剂
B．氧化镁(熔点2 800 ℃)是优良的耐高温材料
C．镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料
D．2.4 g镁在足量的氧气中燃烧，转移的电子数为0.1NA
D
四、物质的量在化学方程式计算中的应用
N、 n、 m、 V、Ｖ（aq）之间的相互转化
N
n
m
÷NA
×M
×NA
÷M
V (气体)
×22.4
（标况）
÷22.4
（标况）
Ｖaq
÷c（Ｂ）
×c（Ｂ）
（溶液）
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
质量 46g ： 36g ： 80g ： 2g
化学计量数之比 2 ： 2 ： 2 ： 1
扩大6.02 X 1023倍 2NA ： 2NA ： 2NA ： 1NA
物质的量之比 2 mol ： 2mol ： 2mol ：1mol
方程式中化学计量数之比
= 各物质的__________之比
= 各物质的________ 之比
粒子数
物质的量
四、物质的量在化学方程式计算中的应用
从上例可以看出化学反应中粒子之间的数目有什么关系？
= 各物质的___________________ 之比
气体体积（相同条件）
250mL 2mol/L的硫酸与足量的铁屑完全反应。计算：
（1）参加反应的铁屑的物质的量；
（2）生成H2的体积（标准状况）。
【例题】
11.2L
“上下一致，左右相当”
} {
两个问题，可以利用同一个化学方程式
1mol
1mol
1mol
1mol
小结：根据化学方程式进行计算的基本步骤
练习2：把10.2 g镁铝合金的粉末放入过量的烧碱溶液中，在标准状况下生成6.72 L氢气。
试计算：
(1)该合金中铝的质量分数是__________。
(2)该合金中镁与铝的物质的量之比是________。
(3)该合金溶于足量的盐酸中，标准状况下产生氢气的体积是__________。
【解析】(1)把镁铝合金的粉末放入过量的烧碱溶液中，镁不反应，只有铝能与氢氧化钠溶液反应。
设铝的物质的量为n(Al)，则：
2Al＋ 2NaOH ＋ 2H2O = 2NaAlO2 ＋ 3H2↑
2 mol 3×22.4 L
n(Al) 6.72 L
(1)该合金中铝的质量分数是__________。
(2)该合金中镁与铝的物质的量之比是________。
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第三章 铁 金属材料
第二节 金属材料
第1课时 合金
问题2：
为什么我们日常使用的大部分金属材料都是合金？
合金是由两种或两种以上的______________________熔合而成的具有_______特性的物质。
问题1：
金属材料包括纯金属和它们的合金，什么是合金？
金属(或金属和非金属)
金属
合金具有许多优良的物理、化学或机械性能。合金的硬度、熔点不同于其各成分金属。合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来调节，可满足不同的需要，因此合金在工业上具有比纯金属更广泛的用途。
合金的定义
(1)合金的硬度比其成分金属 ，机械性能一般____各成分金属。
(2)合金的熔点一般______它的各成分金属。
合金与纯金属的性能差异
优于
低于
(3)合金的导电性和导热性低于任一组分金属。利用合金的这一特性，可制造高电阻和高热阻材料，制造有特殊性能的材料。
(4)有的抗腐蚀能力强(如不锈钢)，在铁中掺入15%铬和9%镍得到一种耐腐蚀的不锈钢，适用于化学工业。
大
问题3：
为什么合金的硬度比成分金属大？
1、下列关于合金的叙述正确的是( )
①具有金属的特性 ②通过熔合而成
③含有两种或两种以上金属或金属与非金属
④一般来说，合金的熔点比各成分的熔点低
A．①② B．③④ C．②③④ D．全部
【解析】合金一般是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，其熔点一般低于成分金属，硬度高于成分金属。
【练习】
D
1．铁合金的分类
一、铁合金
铁合金 分类 含碳量 性能 用途
生铁 2%～4.3% _____大、抗压，性脆、可铸造成型 制造______
和管道等
钢 0.03%～2% 良好的______性，机械性能好，可锻轧和铸造 制造机械和
交通工具
硬度
机座
延展
下水井盖（生铁制造）
2．钢的分类
(1)钢是用量_____、用途最广的合金，分为：_____和______。(2)碳素钢。
最大
碳素钢
合金钢
韧性
0.3%～0.6%
钢板
弹性
钢轨
硬而脆
弹簧
0.6%～2%
0.03%～0.3%
(3)合金钢。
①又叫特种钢，特殊性能：强度、_____大，可塑性、____好，耐磨，________等。
②不锈钢
合金元素 性能 用途
Cr、Ni 在大气中稳定，不容易生锈，具有很强的_________能力 制造______器材、厨房用具和餐具；地铁列车的车体等
硬度
韧性
耐腐蚀
抗腐蚀
医疗
含铬17%~19%
含镍8%~13%
思考：阅读书本P74资料卡片
2、在碳素钢中，由于含碳量不同，高碳钢、中碳钢和低碳钢的性能有很大差异；向碳素钢中加入不同的合金元素，可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示？
1、合金元素不同，其性能不同
2、结构决定性能，性能决定其用途
3、改变合金元素来开发新功能的金属材料
启示：
【思考与讨论】
1、碳素钢的含碳量的高低与其硬度、韧性有何关系？
【答】碳素钢的含碳量越高，硬度越大；
含碳量越低，韧性越好。
2018年，王国栋所在的东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，在国际上率先研发出2000MPa级汽车用热冲压用高强钢；在液化天然气低温容器用钢上，世界上普遍采用的材料是9Ni（镍）钢，在保证钢材性能的前提下，实验室与企业合作，用5Ni钢做出了9Ni钢的性能，大幅节约了成本。在生产工艺上，研发出薄带连铸、无头轧制等新流程、新工艺，正在向企业转化，可应用于多个重要钢种的生产。
二、铝和铝合金
银白色金属、密度小、质软,熔点低、良好的导电导热性和延展性。
1、铝的物理性质
2、铝的原子结构与化学性质
画出铝的原子结构示意图为:
K Ca Na Mg Zn Fe Sn Pb H Cu Hg …
Al的化学性质活泼,具有较强的还原性。
Al
+13
2
8
3
问题3：Al的化学性质活泼，为什么不易被氧化呢？
阅读课本P76第一段
加热铝箔
实验现象：
实验结论：
铝箔熔化，表面失去光泽，熔化的铝并不滴落，好象有一层膜兜着
因为铝表面有一层氧化膜保护了铝。构成膜的氧化铝(Al2O3)的熔点很高，没有熔化，包在外面使熔化的液态铝不会滴落下来。
活泼的金属在空气中易与氧气反应，生有一层氧化物。有的氧化膜疏松，不能保护内层金属，如铁和钠等。有的氧化物致密，可以保护内层金属不被继续氧化，如镁和铝等。
[实验3-4]
在一支试管，加入5mL盐酸，再向试管中放入一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到什么现象？
实验表明，铝表面的保护膜和铝均能与盐酸发生反应。
Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑
写出以上实验发生的化学反应方程式
取两支试管，分别加固5mLNaOH溶液，再向试管中分别放入铝片和打磨过的铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到什么现象
问题4：为什么铝锅是不能存放碱性溶液的？
[实验3-5]
放入打磨过的铝片的试管中立即产生气泡;而放入未打磨过的铝片的试管中开始没有气泡，一段时间后才产生气泡。两只试管中均放出一种可燃性的气体。
写出以上实验发生的化学反应方程式
实验表明，铝表面的保护膜和铝均能与NaOH发生反应
Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O
2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2 ↑
（偏铝酸钠）
写出氧化铝与盐酸，氧化铝与氢氧化钠溶液反应的
离子方程式。
【练习】
Al2O3 + 2OH- = 2AlO2- + H2O
Al2O3 + 6H+ = 2Al3+ + 3H2O
像氧化铝这样既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，叫做两性氧化物 。
由于铝和氧化铝均能与酸、碱反应，因此铝制餐具
不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物。
3．铝合金
(1)铝合金中的合金元素有：___、____、Si、Mn、Zn及________等。
Cu
Mg
稀土元素
(2)硬铝。
合金元素 性能 用途
Cu、Mg、Mn、Si _____小、强度高、抗腐蚀能力较强 制造______、
宇宙飞船
密度
飞机
(3)稀土元素。
包含元素：镧系元素(从镧到镥，原子序数从57～71的15种元素)及_____、____共17种元素。
钪
钇
【解析】车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金具有质地轻、强度大、抗腐蚀能力比较强的优点，A正确；铝合金的化学性质的确比较活泼，但与被用于制造高铁车厢没有必然联系，B错误；
2．哈大齐高铁的通车，标志我国高寒地区高铁技术领先世界，车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金( )
A．质地轻，强度大，抗腐蚀能力比较强
B．具有比较活泼的化学性质
C．各种成分在自然界中含量丰富，容易获取
D．比纯铝熔点高，耐高温
【练习】
铝元素在地壳中含量居第三位，含量比较丰富，但因铝性质活泼，只能采用电解法制取，成本较高，并不容易获得，C错误；铝合金的熔点比纯铝的低，D错误。
A
3、Al(OH)3既能与酸反应，生成铝盐( Al3＋ )，又能与碱反应生成偏铝酸盐( AlO2－ )，属于两性氢氧化物，试写出Al(OH)3与盐酸、氢氧化钠溶液反应的离子方程式。
【练习】
Al(OH)3 ＋3H＋ = Al3＋＋3H2O
Al(OH)3 ＋ OH－ = AlO2－ ＋ 2H2O
4、储氢合金是一类新型合金，如铁系储氢合金、钛系储氢合金。储氢合金既能在一定条件下吸收H2，又能在一定条件下放出H2，该循环中发生变化：H2 2H。下列说法错误的是( )
A．储氢合金的吸氢和放氢都是物理变化
B．温度和压强都会影响储氢合金的吸氢和放氢
C．铁系储氢合金可以做成纳米合金
D．铁系储氢合金和钛系储氢合金可以用磁铁进行鉴别
A
【解析】由H2 2H可知，储氢合金的吸氢和放氢都是化学变化。
【练习】
第三章 铁 金属材料
第二节 金属材料
第2课时 物质的量在化学方程式计算中的应用
三、新型合金
1、储氢材料
一种新型合金，
一定条件下能吸收氢气，一定条件下能放出氢气，循环寿命性能优异，并可被用于大型电池，尤其是电动车辆、混合动力电动车辆、高功率应用等等。
Ti-Fe合金和La-Ni合金等
2、钛合金
钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高。
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。
中国巡航导弹射
3、耐热合金
合金在高温下还具有高强度和良好的抗氧化性，因而还可用于热处理工业，制造各种结构件
4、形状记忆合金
人造卫星的天线
发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有"记忆"功能而自然展开，恢复抛物面形状。
小结：
练习1：下列说法不正确的是( )
A．钠和钾的合金可用于快中子反应堆作热交换剂
B．氧化镁(熔点2 800 ℃)是优良的耐高温材料
C．镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料
D．2.4 g镁在足量的氧气中燃烧，转移的电子数为0.1NA
D
四、物质的量在化学方程式计算中的应用
N、 n、 m、 V、Ｖ（aq）之间的相互转化
N
n
m
÷NA
×M
×NA
÷M
V (气体)
×22.4
（标况）
÷22.4
（标况）
Ｖaq
÷c（Ｂ）
×c（Ｂ）
（溶液）
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
质量 46g ： 36g ： 80g ： 2g
化学计量数之比 2 ： 2 ： 2 ： 1
扩大6.02 X 1023倍 2NA ： 2NA ： 2NA ： 1NA
物质的量之比 2 mol ： 2mol ： 2mol ：1mol
方程式中化学计量数之比
= 各物质的__________之比
= 各物质的________ 之比
粒子数
物质的量
四、物质的量在化学方程式计算中的应用
从上例可以看出化学反应中粒子之间的数目有什么关系？
= 各物质的___________________ 之比
气体体积（相同条件）
250mL 2mol/L的硫酸与足量的铁屑完全反应。计算：
（1）参加反应的铁屑的物质的量；
（2）生成H2的体积（标准状况）。
【例题】
11.2L
“上下一致，左右相当”
} {
两个问题，可以利用同一个化学方程式
1mol
1mol
1mol
1mol
小结：根据化学方程式进行计算的基本步骤
练习2：把10.2 g镁铝合金的粉末放入过量的烧碱溶液中，在标准状况下生成6.72 L氢气。
试计算：
(1)该合金中铝的质量分数是__________。
(2)该合金中镁与铝的物质的量之比是________。
(3)该合金溶于足量的盐酸中，标准状况下产生氢气的体积是__________。
【解析】(1)把镁铝合金的粉末放入过量的烧碱溶液中，镁不反应，只有铝能与氢氧化钠溶液反应。
设铝的物质的量为n(Al)，则：
2Al＋ 2NaOH ＋ 2H2O = 2NaAlO2 ＋ 3H2↑
2 mol 3×22.4 L
n(Al) 6.72 L
(1)该合金中铝的质量分数是__________。
(2)该合金中镁与铝的物质的量之比是________。
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